基于节理网络有限元的柱状节理岩体等效变形模量结构效应研究

因其特殊的地质成因,柱状节理成为一种具有强烈非连续性及各向异性的特殊岩体结构。以白鹤滩水电工程设计、建设中所遇到的柱状节理玄武岩体为背景,针对柱状节理岩体的等效变形模量问题,在探讨了其结构效应表征参数的基础上,利用节理网络有限元为工具,研究各结构效应表征参数对柱状节理岩体等效变形模量的影响。研究结果表明:在柱轴线横向平面上,对于柱体不规则程度,当柱体完全不规则相对于完全规则情况,等效模量提高大约10%左右;在其他条件不变情况下,当柱体平均边长从0.1 m增加至0.5 m时,等效模量从5.36 GPa增加至23.4 GPa;对不同加载方向的研究结果表明,柱状节理在柱轴横向平面上可以视作各向同性;当节理刚度线性递增时,相应的岩体等效模量也基本符合线性递增的规律。在平行柱体轴线平面,节理组2间距越大,柱状节理岩体的等效变形模量越大;随着错距比的增加,柱状节理岩体的等效变形模量呈现先增加后减少的趋势,当错距比为50%时,节理岩体的等效变形模量取最大值;对于节理刚度的影响,与柱轴横向平面类似的,随柱体轴线平面上节理刚度的线性增加,相应的岩体模量也基本符合线性递增的规律。该研究成果与已有的现场研究成果及三维数值模型成果相比,吻合良好。说明了文中提供的研究结论具有较好的可信度及参考价值。

声学超材料与结构工程应用前景展望

从认识声学超材料开始作介绍。首先对左手材料(负折射率材料)的基本原理、基础知识和如何制备等方面来展开阐述,进而对声学超材料工程应用与前景作展望,并对声学超材料为声成像和对亚波段声音的控制可能的新应用作介绍。还适当介绍损耗补偿(loss-compensating)材料、宇称时间对称(parity-time-symmetric)材料的发展。受人工耳蜗独立滤波机理的启发,介绍用声学超材料设计仿生的复合扬声器听音系统来对分散的频率进行调制,结合声学超材料和感知压缩的功能,介绍了一种单传感复合扬声器听音系统,这是一种能够选择性提取声音和具有声音分离能力的系统。不同于以往的信号和语音处理系统可用来解决"鸡尾酒舞会"中的听音等问题。可以预料声学超材料在建筑声学、水声、声信号记录等诸多领域将会不断涌现新产品和用新概念、新特征支撑并具挑战性的应用。然而作为前景展望,更新的挑战依然存在,包括发展制作大尺度超材料的,以及把由实验室试验转变为实用的生产力的技术发展。

节理岩体变形特性的参数研究及等效弹模的数值确定

分析了现场节理岩体变形性质的影响因素，具体研究了节理岩体等效弹模计算方程中的裂纹密度Φ和裂纹状态系数ｑ。给出了如何利用已有的节理分布的量测数据及节理面和岩石力学性质的测试结果确定节理化岩体等效弹模的方法，最后用一实例对所给方法进行了验证。

粗颗粒土缩尺方法及缩尺效应研究进展

粗颗粒土作为土石坝的主要填筑材料,最大颗粒尺寸达到米级,室内试验试样只能进行缩尺。如何缩尺保证室内试验成果反映大坝实际填料的力学特性,一直是土石坝研究的难题。近年来大量学者就粗粒土的缩尺方法及缩尺效应开展了一系列卓有成效的研究工作,但在某些方面仍存在分歧。对现有粗颗粒土缩尺方法、试样试验边界效应、缩尺效应规律研究进行了系统总结和分析。最后,为解决粗颗粒土缩尺方法难题,介绍了长江科学院提出的一种粗颗粒土缩尺方法“旁压模量当量密度法”,阐明了“旁压模量相等”与“力学性质一致”的关系,诠释了“旁压模量当量密度法”的理论基础,为深入研究粗颗粒土缩尺方法提供了技术支撑。

附加质量计算方法中的尺度效应及对结构振动计算的影响

水中结构的附加质量与结构的排水量是在同一量级,所以附加质量对水中结构动力特性的影响不能忽略。对于三维结构,目前有三维有限元方法及一些简化方法,可以考虑附加质量与结构耦合的影响。三维有限元方法需要建立庞大的水域模型,计算工作量较大。简化的分析方法主要是以附加质量面密度的方式,将流体附加质量施加于结构上,来考虑流体对结构的影响,但简化方法可能会对结果产生影响。为研究上述不同方法对水中结构动力特性分析的影响,对不同附加质量计算方法对水中结构三维振动计算的影响进行了分析研究。理论分析和算例都表明,将附加质量等效为面密度的简化方法存在尺度效应,导致计算结果不准确,同时简化方法不能体现流体对三维结构振型的影响。本文采用三维附加质量矩阵的方法,可以较好地反映流体对三维水中结构动力特性尤其是振型的影响,是除三维有限元方法外能够有效分析水中结构动力特性的一种方法。